材料性能學（第2版）付華課件8-材料的摩擦磨損

材料性能學石家莊鐵道大學材料科學與工程學院材料科學系：付華聯(lián)系電話Q:1115279899

PropertiesofMaterials授課方法：第1-3章：教師主講。第4-11章：課堂討論為主。下載視頻，第12-15章：理論簡介。案例應用緒論第1章材料的彈性變形第2章材料的塑性變形第3章材料的斷裂與斷裂韌性第4章材料的扭轉(zhuǎn)/彎曲/壓縮性能第5章材料的硬度第6章材料的沖擊韌性及低溫脆性第7章材料的疲勞性能第8章材料的磨損第9章材料的高溫力學性能第10章材料在環(huán)境介質(zhì)作用下的腐蝕第11章材料的強韌化第12章材料的熱學性能第13章材料的磁學性能第14章材料的電學性能第15章材料的光學性能第8章材料的磨損Wearofmaterials

8.1金屬材料的磨損性能WearpropetiesofMetals8.2陶瓷材料的磨損性能WearpropetiesofCeramics8.3高分子材料的磨損性能WearpropetiesofPolymers8.4磨損試驗方法

weartestmethods人類與摩擦生活中的摩擦古典摩擦定律（阿蒙頓-庫倫）1.摩擦力與法向載荷成正比;

（法向載荷較小時）2.摩擦因數(shù)與接觸面積無關;(有一定屈服點的材料，如金屬)；粘彈性材料的摩擦力與接觸面積有關。3.摩擦因數(shù)與滑動速度無關;（金屬--金屬）4.靜摩擦因數(shù)大于動摩擦因數(shù)。（不適用粘彈性材料）摩擦學英國教育科研部關于摩擦學教育和研究的報告（Jost報告）

1964年12月22日，當時的教育科研國務大臣Bowden勛爵邀請H.PeterJost先生及潤滑工程專家等，查明英國潤滑教育的現(xiàn)狀和工業(yè)需要。

Jost，國際摩擦學理事會InternationalTribologyCouncil，主席摩擦學1966年，Jost提出摩擦學Tribology定義：摩擦學是研究相對運動的相互作用表面及其有關理論和實踐的科學技術。摩擦學包括摩擦、磨損和潤滑等領域。1980年，中國譯Tribology為“摩擦學”，1984年，美國接受以Tribology代替Lubrication的地位。世界上使用的能源大約有1/3～1/2消耗于摩擦。摩擦起因的學說1.機械嚙合學說2.分子吸引理論3.分子—機械學說4.粘著學說5.機械—粘著—犁溝綜合作用學說

………現(xiàn)代摩擦學問題航天器的固體潤滑，航空發(fā)動機的摩擦磨損?，F(xiàn)代摩擦學問題水輪機葉片的沖蝕，高速列車的接觸疲勞。摩擦學的新興研究領域碳摩擦學碳納米管多層石墨烯納米摩擦學空間摩擦學生物摩擦學（人體/動物仿生）涂層摩擦學

……..摩擦學涉及的學科領域摩擦副、壓力、速度、介質(zhì)等因素。計算機相關高校-實驗室中南大學中南大學粉末冶金國家工程研究中心蟬聯(lián)評估第一名湖南博云新材料股份有限公司（黃伯云，熊翔）中南大學粉末冶金研究院摩擦耐磨材料研究所清華大學清華大學摩擦學國家重點實驗室中國科學院蘭州化學物理研究所--固體潤滑國家重點實驗室合肥工業(yè)大學摩擦學研究所………相關協(xié)會--企業(yè)國際摩擦學理事會（InternationalTribologyCouncil，ITC）

總部-英國倫敦中國機械工程學會摩擦學分會

摩擦耐磨減摩材料與技術專業(yè)委員會

/index.asp

中國摩擦材料網(wǎng)/Ch/main.asp中國摩擦密封材料網(wǎng)相關企業(yè)：中國摩擦密封材料協(xié)會會員單位石家莊泰明頓摩擦材料有限公司(中國太行機械工業(yè)有限公司,中德合資)泰明頓摩擦材料技術（上海）有限公司杭州泰明頓摩擦材料有限公司

泰明頓集團是排名世界第一的原裝配套摩擦材料供應商.德國(Bremskerl)勃蘭姆斯克摩擦材料有限公司勃蘭姆斯特摩擦材料南通有限公司美國霍尼韋爾(HoneywellInternational)摩擦材料(廣州)有限公司摩擦：摩擦的結(jié)果-→→→磨損摩擦做功表面層塑變（25%）----形變硬化、應力。摩擦熱（75%）----磨損量↑，效率↓相對運動機件汽缸套的磨損滑動或滾動摩擦Slidingorrollingfriction磨損wear作用：有害：失效形式。工作效率下降，壽命降低，斷裂破壞。有利：對材料進行磨削加工。掌握要求：一、填空1.按磨損的機理即摩擦面損傷和破壞形式，磨損一般分為

、

、

和

。2.滾動軸承在純滾動的條件下常發(fā)生的磨損失效形式是

；一般齒輪摩擦副在滾動兼滑動的條件下常發(fā)生的磨損失效形式是

。

本章學習要點:磨損的機理(基本類型)???wearmechanism

粘著磨損、Adhesivewear磨粒磨損、Abrasivewear腐蝕磨損、CorrosiveWear

表面疲勞磨損surfacefatigue

wear

（麻點pittingcorrosion、接觸疲勞ContactFatigue

）

磨損wear：摩擦作用下，物體表面機械、物理、化學作用，逐漸分離出磨屑，表面尺寸變化和不斷損傷的過程。磨損是發(fā)生在材料表面的局部變形與斷裂。Wearislocaldeformationandfractureoccurredinmaterialsurface.8.1金屬材料的磨損性能

WearpropetiesofMetals8.1.1磨損過程WearprocessⅠ：磨合階段-----氧化膜形成，表面應變硬化。Ⅱ：穩(wěn)定磨損階段-----服役階段。

Ⅰ階段跑合越好，此階段磨損速率越低。Ⅲ：劇烈磨損階段-----潤滑膜破壞，間隙增大，振動加劇→失效。1.磨損機制：1957年Burwell粘著磨損、Adhesivewear磨粒磨損、Abrasivewear腐蝕磨損、CorrosiveWear

表面疲勞磨損surfacefatigue

wear

（麻點pittingcorrosion、接觸疲勞ContactFatigue

）8.1.2磨損的基本類型（機理）Type(mechanism)ofwear

2.三類影響因素：摩擦偶件；外在機械作用（速度、比壓P、摩擦類型）；介質(zhì)（氣、液、固）。磨損類型隨工作條件而變化。8.1.2磨損的基本類型（機理）一、粘著磨損（咬合磨損）Adhesivewear粘著→剪斷→脫落→再粘著的循環(huán)過程。②多為滑動摩擦：壓力P大，相對v小，潤滑差。（一）特點：①表面特征：大小不等的結(jié)疤。（一）特點：③剪斷形式：粘著點強度低：沿接觸面剪斷，磨損量小，平滑。粘著點強度高---軟材料（凹）→硬材料（凸）轉(zhuǎn)移，W↑。④磨損量W=K·PL/3Hv

K----粘著磨損系數(shù)（取決于摩擦副材料、摩擦條件）a.異名材料、硬度差大的摩擦副？？→→K↓b.表面處理：

硫(磷)化、氮化處理P----接觸壓力；L—滑動距離，Hv---硬度；

P↓,L↓,Hv↑→W↓。

二、磨粒磨損（磨料磨損、研磨磨損）硬粒子對摩擦表面產(chǎn)生微切削\塑性變形\疲勞破壞\脆性斷裂產(chǎn)生的磨損。兩體磨粒磨損：銼削摩擦副一方表面堅硬微凸體三體磨粒磨損：拋光摩擦表面間有硬粒子：外界進入：拋光\沙\灰塵表面剝落：氧化物\等。Abrasivewear摩擦面擦傷、犁皺→溝槽特點：磨粒尖銳→→切痕長而淺（刀具切削）磨粒圓鈍\塑性材料→→溝槽、堆積→裂紋、剝落；Abrasivewear磨粒磨損是普遍存在的一種磨損形式，在各種V\P

下都可發(fā)生。

礦山機械、農(nóng)業(yè)機械中齒輪磨損、潤滑油濾清不良等。

三、接觸疲勞ContactFatigue

（點蝕、麻點磨損、表面疲勞磨損）滾動或滾動+滑動摩擦時，兩表面在交變接觸壓應力長期作用下的一種表面疲勞損傷。局部區(qū)域出現(xiàn)小片、小塊狀剝落。

表面痘狀、貝殼狀、凹坑、麻坑。(一）宏觀特征：軸承和齒輪常見的失效形式純滾動（二）接觸應力：線接觸/點接觸：正應力：表面處最大;切應力：距表面0.786b處最大。pure

rollingfriction對磨損的貢獻？磨損是發(fā)生在材料表面的局部變形與斷裂。切應力：距表面0.786b處最大。塑性變形滾動rolling+滑動sliding最大綜合切應力移到材料表面→→表面產(chǎn)生接觸疲勞裂紋滑動摩擦f越大，τ合越移向表面1．點蝕（麻點剝落）（三）接觸疲勞破壞類型裂紋起源于表層（0.1~0.2mm深，小塊剝落）易發(fā)生情況：滾動+滑動→齒輪設計表面接觸應力小，滑動摩擦f大，μ>0.2；材料表面質(zhì)量差→抗剪強度低。pockexfoliationPittingandspalling

2．淺層剝落裂紋起源于次表面（0.2~0.4mm深，0.5~0.7b）發(fā)生條件：純滾動/f很小→滾動軸承設計；τmax在次表層0.786b處；塑變→位錯塞積/空位→裂紋平行/傾斜表面分枝/擴展→盆狀剝落。

3．深層剝落

裂紋起源于硬化層/心部交界處，切應力/抗切強度最大。易發(fā)生：表面熱（化學）處理工件。8.2陶瓷材料的耐磨性耐磨性優(yōu)良。對表面狀態(tài)/氣氛壓力/溫度極其敏感。陶瓷材料的摩擦磨損機理粘著磨損：摩擦副：陶瓷/陶瓷；金屬/陶瓷磨粒磨損摩擦化學（高溫氧化）磨損

⑴硬度：聚合物＜金屬＜陶瓷，

柔性與彈性大→→抗劃傷能力大。8.3聚合物材料的耐磨性

⑶聚合物/金屬：粘著傾向小。

f=0.05~0.2

塑料/塑料的f更低，聚四氟乙烯/聚四氟乙烯的f最低。⑵抗磨粒磨損能力好：對磨粒適應性、就范性、埋嵌性好。挫刀銼削一塊橡皮。

較好的減摩或耐磨材料聚四氟乙烯：最好耐蝕性能，最佳磨擦系數(shù)。（-180℃~+260℃）使用。密封材料，滑塊、導軌、電絕緣零件。尼龍：耐磨性，軸承、齒輪。小結(jié)：磨損機理

wearmechanism粘著磨損、Adhesivewear磨粒磨損、Abrasivewe